De acordo com Sarkar, Ghosh e Adil (2015), a quantidade de pesquisas sobre os nano- fluidos aumentaram muito rapidamente ao longo da última década. Apesar de alguma incon- sistência nos resultados relatados e insuficiente compreensão do mecanismo da transferência de calor em nano-fluidos, estes emergiram como um promissor meio de transferência de calor. A ideia de usar nano-fluidos híbridos é devido à melhoria da transferência de calor, atribuída à boa fração de aditivo de grafeno.
Sharma, Tiwari e Dixit (2016) definem nano-fluido como uma mistura coloidal de tamanho nanométrico (<100 nm) de partículas metálicas e não metálicas em fluido conven- cional. Em seu artigo, o autor não apenas discute a influência da forma das partículas e o comportamento reológico da adição de grafeno como nano-fluidos, mas também estuda outros fatores que afetam o comportamento reológico. Estes outros fatores incluem o tipo de nano- partículas, concentração em volume em diferentes fluidos de base, a adição de surfactante e um campo magnético aplicado externamente. Verificou-se que a forma das partículas, sua concentração, surfactantes e o campo magnético afetam significativamente o comportamento reológico de qualquer nano-fluido.
Plaquetas de grafeno utilizadas como um nano-fluido já foram estudadas relativas às suas propriedades térmicas. Azimi e Mozaffari (2015) pesquisaram a transferência de calor entre duas placas móveis paralelas avaliando o instável e bidimensional, óxido de grafeno adi- cionado a água como fluido de corte. Os autores propõem um algoritmo evolutivo modificado (EA), que é chamado de algoritmo genético híbrido mutável abelha inteligente (HGMSB) em comparação com a ferramenta de inteligência desenvolvido conhecido como sistema adapta- tivo de inferência fuzzy evolutiva (EE-FIS). Com base em diferentes parâmetros, foi previsto pela metodologia o número de Nusselt. Para endossar a autenticidade do sistema adapta- tivo inteligente proposto, uma técnica de solução de problemas numéricos RungeeKutta foi considerada. Os autores avaliaram as propriedades térmicas da água pura e o nano-fluido adicionado de óxido de grafeno, como mostrada a Tab. 2.3. O autor concluiu que o grafeno adicionado como nano-fluido pode melhorar significativamente a sua condutividade térmica. Yu et al. (2011) desenvolveram uma técnica simplificada de produção de nano-fluido contendo nano-folhas de grafeno a base de etileno-glicol. A condutividade térmica do fluido base foi aumentada significativamente pela adição do grafeno: acima de 86% de aumento para uma adição de 5% em volume na suspensão. A estrutura 2D e a rigidez do grafeno e do
ρ (Kg/m3) C
p (J/kg K) k (W/m K)
Água pura 997.1 4179 0.613 Óxido de grafeno 1800 717 5000
Tabela 2.3: Propriedades termo-físicas da água pura comparada com água adicionada de nano-partículas de óxido de grafeno (AZIMI; MOZAFFARI, 2015).
óxido de grafeno melhoram a condutividade térmica do nano-fluido. A condutividade térmica do óxido de grafeno e do grafeno foi estimada entre 4,9 e 6,8 W/m K, respectivamente.
Khedkar, Sonawane e Wasewar (2013) realizaram um estudo experimental sobre um trocador de calor de tubo concêntrico para troca de calor entre água e nano-fluidos, com várias concentrações de nano-partículas adicionados aos fluidos de base, e aplicação de nano- fluidos como fluido de trabalho. O coeficiente de transferência de calor foi determinado experimentalmente (Fig 2.25) para uma área fixa com diferentes frações em volumes de nano-partículas adicionadas ao fluido de base e os resultados foram comparados com água pura. Ele observou que o nano-fluido com adição de 3% apresenta o melhor desempenho, com coeficiente global de transferência de calor 16% maior do que a água.
Figura 2.25: Efeito da condutividade térmica em função da porcentagem de grafeno adicio- nada à solução (KHEDKAR; SONAWANE; WASEWAR, 2013).
Vários fenômenos já se tornaram foco de estudos em micro-usinagem, sejam eles a redução da formação de rebarbas, forças de corte ou temperatura de usinagem. Nano- fluidos também estão sendo estudados para otimização de propriedades de lubrificação e troca de calor como uma alternativa mais eficaz que os fluidos de corte tradicionais. Pouco se é observado sobre trabalhos experimentais focados em micro-usinagem que englobam o
estudo de temperatura durante o processo. O trabalho aqui proposto busca contribuir para o desenvolvimento de uma metodologia para determinação experimental de temperaturas de usinagem no processo de micro-fresamento, avaliando a influência de dois fluidos de corte comercialmente disponíveis, e os mesmos fluidos, adicionados de partículas de grafeno. Uma vez a usinagem concluída, são avaliados também a influência dos mesmos parâmetros na redução da formação de rebarba.
CAPÍTULO III
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Os procedimentos experimentais na área de micro-usinagem tendem a ter uma difi- culdade maior de preparação do corpos de prova e referenciamento da máquina do que os processos convencionais em macro-usinagem devido às dimensões das ferramentas de corte e magnitude dos parâmetros envolvidos. Máquinas utilizadas para micro-usinagem necessi- tam ter características diferentes das máquinas convencionais, como por exemplo, possuírem circuitos eletrônicos que controlam os movimentos dos eixos mais sofisticados do que as máquinas comerciais de macro-processos. Também necessitam de maior resolução dos mo- vimentos dos eixos das máquinas, na ordem de 0,1 µm ou menores; a repetibilidade dos movimentos de posicionamento também devem apresentar abaixo de 0,1 µm. No processo de fresamento de desbaste em escala macrométrica, erros associados à distância entre a su- perfície a ser usinada e a ferramenta admitem uma faixa de até 50 µm, muitas das vezes sem nenhum prejuízo com relação às dimensões do produto final. Em micro-usinagem, er- ros dessa mesma magnitude podem representar desvios de forma maiores do que 10 vezes a profundidade de corte selecionada para o processo.
Pré-testes realizados neste trabalho exemplificaram alguns obstáculos mencionados para realização de ensaios no processo de micro-usinagem. Ao longo deste capítulo, serão apresentados os materiais e equipamentos utilizados para realização do trabalho e a meto- dologia de preparação dos corpos de prova na tentativa de minimizar os erros gerados nos pré-testes, como por exemplo, o erro associado à fixação do corpo de prova à morsa, que gera uma inclinação da superfície a ser usinada. Ainda nos pré-testes, foram selecionados os parâmetros de corte para execução dos ensaios.
Testes preliminares foram realizados em materiais considerados dúcteis para a seleção dos melhores parâmetros e melhor estratégia de usinagem para adquirir os resultados apre- sentados neste trabalho. Um cronograma simplificado das etapas adotadas neste trabalho pode ser visto na Fig. 3.1 a seguir.
Figura 3.1: Cronograma de ensaios experimentais
3.1 Ferramenta de Corte
As ferramentas de corte utilizadas nos experimentos são fabricadas e fornecidas pela Performance MicroTools, modelo TR-2-0150-S com duas arestas de corte de comprimento padrão. As dimensões das ferramentas são informadas na Tab. 3.1 representadas pela Fig.